自动聚焦方法技术

本发明专利技术属于视觉测量技术领域，具体为一种自动聚焦方法。该方法提出基于改进ＤＣＴ变换设计图像清晰度评价函数，以反映图像的细节信息突出高频能量，并且考虑到图像的清晰度还与图像自身的亮度和灰度级有很大的关系，故引入相对清晰度的概念。同时该方法在分析了聚焦窗口的选取对于聚焦结果影响的基础上，提出了一种尺度变化的窗口选择策略。实验结果证明改进后的图像清晰度判据效果有了较大的改善。其次，该方法在实际应用中考虑到图像清晰度判据的局部极大值难以避免，结合镜头的回传信息，提出一种全范围粗调大步长聚焦，局部细调小步长聚焦的改进爬山法搜索策略；再次，该方法提出当拍摄场景发生变化或者镜头变倍时启动自动聚焦。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于视觉测量
，具体涉及一种。
技术介绍
随着数字成像技术向自动化和智能化发展，自动聚焦技术的应用范围也在不断扩 大，并在自动化、高精度、高稳定性等方面都取得了很大进展，已广泛应用于照相机、摄像 机、显微镜、扫描仪等各种精密仪器中。自动聚焦分为主动和被动两种方式，主动方式主要 指通过测距(比如利用红外测距)并使用一定的数学模型来计算出实际应取得焦距；被动 方式指利用所获取图像的自有信息来分析聚焦方向，经过焦距的反复调节获取最清晰的图 像，通常称为“爬山法”。前者由于需要额外的设备，在有些场合下使用受到限制；对于后者， 目前的问题主要集中在两个方面一是用于判断图像是否清晰的清晰度判据的获取，二是 在获取该判据后如何实现自动聚焦，要求判据对图像的变化敏感，并且计算量不能太大，以 保证系统能很快确定下一步骤聚焦的方向。由于镜头系统在数学上可以等效于一个低通系 统，散焦模糊图像可以认为是由于清晰图像的高频分量受到了损失，所以研究的方向几乎 都基于这个假设来进行。对图像高频分量能量的分析和计算可以从空域和频域两部分来考 虑，简单的可以用梯度能量作判据，也可以用边缘检测的方法获得判据。在频域可以基于傅 里叶变换获得判据，傅里叶变换由于需要复数参与运算，所以计算量较大。DCT变换是最接 近K-L变换的，可以聚集最多的能量，因此离散余弦变换是一种较好的算法。传统的基于DCT变换的图像清晰度判据仅仅是把变换后的高频分量的能量作为 聚焦值，当离准焦位置很远时，使用高频能量判据可以很好的体现细节的变化，但当图像接 近于清晰时，细节的变化体现在更多的低频分量变成高频分量，而这里所定义的判据仅仅 去除了直流分量，没有体现出这种变化。成像平面在远离聚焦位置变化焦距时，细节的变化 往往是粗尺度上的，使用全局的高频分量能量作判据即可很好的体现细节的变化。而图像 接近于清晰时，细节固然会更加丰富，但是其频率变化对于全局只是由低阶高频分量变为 高阶高频分量，基于DCT的方法只能去除零频分量，因此非零频分量的能量和并没有任何 改变。全局DCT变换的方法就难以体现局部细节的变换信息。在得到图像清晰度判据后， 接下来就要实现自动聚焦，普通的爬山法搜索算法会受到图像清晰度判据的局部极值干扰 而不能准确对焦。通过检索，尚未发现与本专利申请相同的公开技术文件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种，本方法能 够极大提高自动对焦的可靠性，同时回传指令时间对应电机的步长和搜索的次数也是可以 调节的，因此，针对实际的系统，具有相当的灵活性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的—种，包括以下步骤(1)获取图像清晰度判据；(2)采用爬山法搜索策略实现自动对焦；(3)启动自动聚焦。而且，所述步骤(1)中获取图像清晰度判据是采用改进的DCT变换的方法，即首先 给变换后的高频分量的系数乘以一个较大的权重，然后引入相对清晰度进行判别。而且，对于NXN的像素数据经DCT变换后成为NXN个变换系数，(u，ν = 0，1，…， Ν-1)，随着u，V的增加，相应系数分别代表逐步增加的水平空间频率和垂直空间频率分量 的大小，该权重设计为对应变换域系数到零频的距离，该距离为权利要求1.一种，其特征在于包括以下步骤(1)获取图像清晰度判据；(2)采用爬山法搜索策略实现自动对焦；(3)启动自动聚焦。2.根据权利要求1所述的一种，其特征在于所述步骤(1)中获取图像 清晰度判据是采用改进的DCT变换的方法，即首先给变换后的高频分量的系数乘以一个较 大的权重，然后引入相对清晰度进行判别。3.根据权利要求2所述的一种，其特征在于所述权重的设计方法是对 于NXN的像素数据经DCT变换后成为NXN个变换系数，(u，v = 0，l，…，N_l)，随着u， ν的增加，相应系数分别代表逐步增加的水平空间频率和垂直空间频率分量的大小，该权重 设计为对应变换域系数到零频的距离，该距离为λΑ/2 +ν2ο4.根据权利要求2所述的一种，其特征在于所述相对清晰度进行判别 采用系数修正的交流分量和直流分量的比。5.根据权利要求1所述的一种，其特征在于所述步骤( 是采用改进 的爬山法搜索策略实现自动对焦，具体实施步骤包括a查询步进电机当前行程；b根据当前步进电机行程值，驱动步进电机到达距离当前行程最近的一端，最小行程处 或者最大行程处；c驱动电机从最小行程处或者最大行程处，到达最大行程处或者最小行程处走完全程， 调节回传指令时间使其对应于一个较大的电机步长，此时采用全局的改进DCT算法获得图 像清晰度判据，记录下图像最清晰时的聚焦值的最大值和由回传指令得到的镜头的位置；d驱动镜头回到聚焦值最大值的前一站，以此为起点，以聚焦值最大值的后一站为终 点，调节回传指令时间使其对应于一个小步长，走完全程，此时采用局部的改进DCT算法获 得图像清晰度判据，记录下聚焦值的最大值和镜头的位置；e重复执行步骤d，直到对应的步长小于设定值，搜索结束，最后驱动镜头停止在聚焦 值最大值处，实现准确对焦。6.根据权利要求5所述的一种，其特征在于所述全局的改进DCT算法 是选取整幅图像作DCT变换，或者是选取图像的中心区域，或者是选取中心区域再加上四 个对角上的矩形区域应用改进的DCT算法。7.根据权利要求5所述的一种，其特征在于所述局部的改进DCT算法 是对选取的全局区域进行分解，窗口尺度大小可以是8、16、32，对选取的窗口应用改进的 DCT算法，对结果再做全局累加。8.根据权利要求1所述的一种，其特征在于所述步骤C3)是当检测到 拍摄场景发生变化或者是镜头变倍发生时启动自动聚焦；拍摄场景发生变化的检测是统计 场景直方图，利用当前场景直方图和上次场景直方图进行匹配。全文摘要本专利技术属于视觉测量
，具体为一种。该方法提出基于改进DCT变换设计图像清晰度评价函数，以反映图像的细节信息突出高频能量，并且考虑到图像的清晰度还与图像自身的亮度和灰度级有很大的关系，故引入相对清晰度的概念。同时该方法在分析了聚焦窗口的选取对于聚焦结果影响的基础上，提出了一种尺度变化的窗口选择策略。实验结果证明改进后的图像清晰度判据效果有了较大的改善。其次，该方法在实际应用中考虑到图像清晰度判据的局部极大值难以避免，结合镜头的回传信息，提出一种全范围粗调大步长聚焦，局部细调小步长聚焦的改进爬山法搜索策略；再次，该方法提出当拍摄场景发生变化或者镜头变倍时启动自动聚焦。文档编号G03B13/36GK102053339SQ201010555348公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日专利技术者苏伟博 申请人:天津市亚安科技电子有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动聚焦方法，其特征在于：包括以下步骤：（１）获取图像清晰度判据；（２）采用爬山法搜索策略实现自动对焦；（３）启动自动聚焦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏伟博，
申请(专利权)人：天津市亚安科技电子有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]